Un drone repose sur un équilibre parfait entre mécanique, électronique et informatique.
Son cœur : une carte de vol équipée de gyroscopes, d’accéléromètres et de GPS. Ces capteurs ajustent en permanence les vitesses des moteurs pour stabiliser le vol.
Les batteries au lithium assurent la puissance nécessaire, tandis que la liaison radio (ou Wi-Fi) transmet les ordres et les données.
Les drones modernes sont même capables de se repérer grâce à la vision par ordinateur, en détectant les obstacles ou les visages.

Encadré TECH : Les meilleurs drones du marché intègrent aujourd’hui des processeurs ARM et des systèmes embarqués sous Linux pour gérer la navigation autonome.

🛩️ Comment fonctionne un drone ?

Les secrets de la technologie embarquée

1. Comprendre d’abord ce qu’est un drone

Un drone (ou UAV – Unmanned Aerial Vehicle) est tout simplement un aéronef sans pilote à bord, contrôlé soit à distance par un humain, soit par un système automatique.
Son objectif est simple : voler de manière stable, recevoir des ordres, exécuter une mission (filmer, livrer, inspecter, mesurer) puis revenir ou atterrir en sécurité.
Pour faire tout cela, un drone doit réunir trois mondes : la mécanique (ce qui vole), l’électronique (ce qui mesure) et l’informatique embarquée (ce qui décide).

2. L’architecture de base d’un drone

La plupart des drones civils actuels sont des multirotors (quadricoptères surtout). On y trouve :

1. La structure (châssis)

   • En plastique renforcé, fibre de carbone ou aluminium.

   • Sert à fixer les bras, les moteurs et protéger l’électronique.

   • Elle doit être légère et rigide pour ne pas déformer les mesures des capteurs.

2. Les moteurs brushless

   • Ce sont des moteurs électriques sans balais, plus durables et plus précis.

   • Chaque moteur entraîne une hélice.

   • Le contrôleur de vol fait varier leur vitesse pour stabiliser l’appareil.

3. Les hélices

   • Généralement en plastique ou carbone.

   • Certaines tournent dans le sens horaire, d’autres dans le sens antihoraire → cela annule le couple et permet la stabilité.

4. La batterie (souvent LiPo)

   • C’est le “réservoir” du drone.

   • Elle alimente les moteurs (gros consommateurs) et l’électronique (faible consommation).

   • Limite principale d’un drone : l’autonomie (souvent 15 à 30 minutes).

5. La carte de vol (le cerveau)

   • C’est le composant le plus important.

   • Elle reçoit les données des capteurs, calcule les corrections et commande les moteurs.

3. Le rôle clé de la carte de vol

On peut comparer la carte de vol à un mini-ordinateur de bord.
Elle exécute en permanence un cycle :
Mesurer → Calculer → Corriger.

Elle reçoit :

• la position voulue (par le pilote ou par un plan de vol),

• la situation réelle (via les capteurs),

• puis elle ajuste immédiatement la puissance de chaque moteur.

Pour cela, elle embarque souvent :

• un microcontrôleur (type STM32),

• un firmware (Betaflight, Ardupilot, PX4…)

• et parfois un système d’exploitation léger si le drone est avancé.

4. Les capteurs embarqués : les “sens” du drone

Un drone ne pourrait jamais rester en l’air sans capteurs. Ce sont eux qui lui disent “je penche”, “je monte”, “je dérive”.

a) L’IMU (Inertial Measurement Unit)

C’est le capteur principal. Elle regroupe :

• gyroscope : détecte les rotations (roulis, tangage, lacet),

• accéléromètre : détecte les accélérations (si le drone bouge brusquement),

• parfois magnétomètre (boussole électronique) : indique l’orientation par rapport au nord.

Grâce à eux, le drone sait s’il est droit ou incliné.

b) Le GPS

• Donne la position géographique (latitude, longitude, altitude).

• Sert au maintien de position (Position Hold), au retour automatique à la maison (RTH – Return To Home) et aux plans de vol autonomes.

• Sans GPS, le drone peut voler, mais il “flottera” un peu.

c) Le baromètre

• Mesure la pression atmosphérique.

• Permet de garder une altitude stable (très utile pour filmer).

d) Les capteurs optiques / ultrasons

• Situés sous le drone.

• Servent au maintien de position en intérieur ou à faible altitude.

• Ils comparent le sol pour savoir si le drone se déplace de côté.

👉 L’astuce technique : le drone ne fait pas confiance à un seul capteur. Il fait une fusion de données (sensor fusion) pour avoir une vision plus fiable de la situation.

5. Comment le drone reste-t-il stable ?

Le vol d’un drone est par nature instable. Si on ne corrige rien, il tombe ou part sur le côté.
C’est donc l’asservissement qui le maintient en l’air.

La carte de vol utilise un algorithme PID (Proportionnel – Intégral – Dérivatif) :

1. Elle compare la position voulue (horizontale) à la position réelle (penchée).

2. Elle calcule l’erreur.

3. Elle augmente un peu la vitesse de certains moteurs et diminue celle des autres.

4. Elle fait cela des centaines de fois par seconde.

C’est ce qui permet :

• le vol stationnaire,

• les virages précis,

• les atterrissages en douceur.

6. Le système de propulsion

Chaque moteur est piloté par un petit module appelé ESC (Electronic Speed Controller).
Rôle de l’ESC :

• recevoir l’ordre “tourne à telle vitesse” de la carte de vol,

• adapter le courant pour faire tourner le moteur brushless.

Plus la carte de vol donne d’ordres rapidement (1 000 fois/s par exemple), plus le drone est réactif.
Les drones de course (FPV) utilisent justement des fréquences élevées pour être ultra nerveux.

7. Le pilotage à distance

Pour piloter un drone, il faut une liaison entre le pilote et l’appareil. Deux grands cas :

1. Radiocommande classique (2,4 GHz)

   • La radio envoie les ordres (gaz, direction, inclinaison).

   • Le récepteur, sur le drone, transmet ces ordres à la carte de vol.

2. Pilotage via smartphone / tablette (Wi-Fi)

   • Plutôt pour les petits drones.

   • Gamme de portée plus limitée.

Dans les deux cas, la liaison doit être fiable.
Certains drones pros utilisent aussi un lien vidéo retour (FPV) sur une autre fréquence (5,8 GHz) pour voir en temps réel ce que voit le drone.

8. La charge utile (“payload”)

Un drone ne sert à rien s’il ne transporte pas quelque chose :

• une caméra (photo, cinéma, thermique)

• un capteur LIDAR (cartographie 3D)

• un spray agricole

• une boîte de livraison

Cette partie s’appelle la charge utile.
Plus elle est lourde, plus les moteurs doivent fournir d’effort → donc plus la batterie se vide vite.
C’est pour cela qu’on cherche des caméras légères (type action cam, cardan 3 axes, etc.).

9. Les modes de vol

Un drone moderne propose plusieurs modes grâce au logiciel embarqué :

• Mode manuel / Acro : le pilote contrôle tout (utilisé en FPV).

• Mode stabilisé (Angle) : le drone se remet droit tout seul.

• Mode altitude : il garde sa hauteur.

• Mode GPS / Loiter : il reste à sa position GPS.

• Return To Home (RTH) : il revient à son point de départ en cas de perte de signal.

• Waypoints : il suit un chemin prédéfini (mission autonome).

Ces modes sont possibles parce que la carte de vol comprend l’environnement grâce aux capteurs.

10. Le logiciel embarqué

Beaucoup de drones ouverts ou DIY fonctionnent avec des firmwares open source :

• ArduPilot / ArduCopter

• PX4

• Betaflight

• iNav

Ces logiciels permettent de :

• configurer le type de drone (quadri, hexa, octo),

• régler les PIDs,

• définir les sécurités (atterrissage automatique si batterie faible),

• enregistrer les vols.

Les drones commerciaux (DJI, Autel, Parrot…) utilisent des systèmes propriétaires, plus faciles pour l’utilisateur mais moins modifiables.

11. Les sécurités intégrées

Un bon drone doit savoir gérer les pannes.
Parmi les sécurités courantes :

• Fail-safe : si le lien radio est perdu → retour à la maison ou atterrissage.

• Batterie faible : il demande à rentrer ou se pose tout seul.

• Geofencing : empêche de voler dans les zones interdites (aéroports, sites sensibles).

• Détection d’obstacles : évite les collisions (capteurs avant, arrière, dessous).

12. Les limites techniques actuelles

Malgré les progrès, trois limites majeures demeurent :

1. L’autonomie

   • Les batteries LiPo se vident vite.

   • 20 à 30 minutes pour un drone grand public, moins si charge lourde.

2. Le poids

   • Plus on ajoute de capteurs, moins le drone vole longtemps.

3. La puissance de calcul embarquée

   • L’IA en temps réel demande beaucoup de ressources → on utilise parfois le edge computing ou le cloud.

Conclusion

Un drone n’est pas “juste un appareil qui vole”.
C’est un système embarqué complet dans lequel chaque élément (capteur, moteur, logiciel, batterie, radio) doit travailler en temps réel pour maintenir l’équilibre.
S’il reste stable dans le ciel malgré le vent, c’est parce qu’un cerveau électronique calcule sans arrêt.
C’est cette combinaison de robotique + capteurs + informatique qui fait du drone un objet emblématique de l’ère numérique.